Miễn dịch học trong dạy học Sinh học Trung học Phổ thông

Để giúp học sinh có thể nắm chắc và sâu kiến thức về miễn dịch, tôi xin mạnh dạn hệ thống kiến thức “Miễn dịch học trong dạy học Sinh học Trung học Phổ thông” với hi vọng kiến thức phù h

PHẦN THỨ NHẤT MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Miễn dịch học ngày nay đã trở thành một môn khoa học, tuy chỉ tồn tại trên 100năm nhưng sự đóng góp của nó cho các ngành sinh học nói chung và y học nói riêngngày càng thấy rõ Riêng đối với sinh học phổ thông, miễn dịch là nội dung không thểthiếu trong phần Vi sinh vật Nội dung này sẽ cung cấp cho các em kiến thức để giải thíchtại sao hàng ngày chúng ta phải đối mặt với rất nhiều các tác nhân gây bệnh mà hầu hếtchúng ta lại không mắc bệnh, mặt khác nội dung này cũng cần thiết đối với các em thamgia thi học sinh giỏi các cấp Để giúp học sinh có thể nắm chắc và sâu kiến thức về miễn

dịch, tôi xin mạnh dạn hệ thống kiến thức “Miễn dịch học trong dạy học Sinh học Trung học Phổ thông” với hi vọng kiến thức phù hợp với học sinh THPT, đặc biệt

những học sinh chuyên có nguyện vọng tham gia thi học sinh giỏi môn Sinh học

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu chuyên sâu về miễn dịch sử dụng thi học sinh giỏi, giúp học sinh phânbiệt các loại miễn dịch, nêu được cơ chế miễn dịch, từ đó vận dụng để giải quyết các tìnhhuống khác nhau của đề thi học sinh giỏi

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Chuyên đề nghiên cứu chuyên sâu về miễn dịch phục vụ cho việc giảng dạy độituyển học sinh giỏi các cấp

4 GIỚI HẠN PHẠM VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Chuyên đề nằm trong chương trình Sinh học 10

- Đề cập những nội dung liên quan đến miễn dịch: các loại miễn dịch, khángnguyên, kháng thể, các cơ quan và tế bào của hệ miễn dịch; sự tương tác giữa các tế bàomiễn dịch; ứng dụng liệu pháp miễn dịch

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Trình bày khái niệm miễn dịch, các loại miễn dịch

- Nghiên cứu về kháng nguyên, nguồn gốc kháng nguyên, tính kháng nguyên củacác chất sinh trùng hợp.

- Nghiên cứu về kháng thể, cấu tạo kháng thể, một số đặc tính cơ bản của cáckháng thể

- Nghiên cứu phản ứng kháng nguyên – kháng thể

- Trình bày các cơ quan, tế bào của hệ miễn dịch

- Trình bày sự tương tác giữa các tế bào miễn dịch và điều hòa đáp ứng miễn dịch

- Nêu một số ứng dụng liệu pháp miễn dịch trong thực tiễn

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu tham khảo, các đề thi học sinh giỏi các cấp

- Lập bảng hệ thống kiến thức

- Xây dựng một số câu hỏi kiểm tra

- Tiến hành thực nghiệm trên lớp

PHẦN THỨ HAI NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN

Danh từ “Immunus” theo nghĩa nguyên gốc là” “được miễn giảm”, tình trạng ưutiên miễn giảm một số bệnh truyền nhiễm như bệnh đậu mùa, bệnh sởi và một số bệnhkhác…được biết từ lâu ở những người đã bị mắc bệnh một lần

Năm 1881, những ý tưởng về miễn dịch lần đầu tiên đã được Louis Pasteur vàKoch đề xướng Kĩ thuật vacxin phòng bệnh dại chính thức được Louis Pasteur áp dụng

Năm 1890, nhà bác học Von Behring và Ehlich đã phát hiện ra kháng thể và tìm ra

Từ những ý tưởng và phát minh của các nhà khoa học chúng ta có thể hiểu miễn

dịch là trạng thái đề kháng với bệnh tật, đặc biệt là các bệnh nhiễm trùng Hệ thống miễn dịch là tập hợp các tế bào, mô và các phân tử tham gia vào quá trình đề kháng chống

nhiễm trùng Đáp ứng miễn dịch là phản ứng có sự phối hợp của các tế bào và phân tửthành phần của hệ thống miễn dịch Chức năng sinh lý của hệ thống miễn dịch là ngănngừa những nhiễm trùng mới và loại bỏ các nhiễm trùng đã xảy ra Miễn dịch học là mônhọc nghiên cứu về hệ thống miễn dịch và đáp ứng của hệ thống này trước sự xâm nhậpcủa các tác nhân gây bệnh vào cơ thể

Sử dụng vacxin để kích thích các đáp ứng miễn dịch chống lại các vi sinh vật làphương pháp hiệu quả nhất giúp cơ thể đề kháng chống lại các loại nhiễm trùng và nhờ

có vacxin chúng ta đã loại bỏ được bệnh đậu mùa, một loại bệnh gây ra bởi virut trênphạm vi toàn cầu Từ khi đại dịch AIDS xuất hiện vào những năm 1980 cho chúng ta

thấy rõ tầm quan trọng của hệ thống miễn dịch trong việc bảo vệ cơ thể trước các loạinhiễm trùng.

Trong giới hạn của chuyên đề, tôi sẽ trình bày sâu về miễn dịch phù hợp vớichương trình Sinh học THPT như vấn đề về các loại miễn dịch, kháng nguyên, kháng thể,đặc điểm của phản ứng kháng nguyên - kháng thể

CHƯƠNG II: THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI

1 Sơ lược lịch sử nghiên cứu

- Hình thành ý tưởng: đây là một nội dung cơ bản trong chương trình Sinh học phần

Vi sinh vật và là nội dung được đi sâu tìm hiểu trong bồi dưỡng học sinh giỏi

- Tham gia học tập do giảng viên đại học trực tiếp về trường giảng dạy

- Đọc, nghiên cứu tài liệu

- Hoàn thành chuyên đề

2 Tình hình đề tài hiện nay

Đề tài này đi sâu nghiên cứu một số nội dung liên quan đến miễn dịch được đề cậptrong chương trình Sinh học THPT

3 Quan điểm của bản thân, những tồn tại cần giải quyết

- Cần hệ thống và đi sâu kiến thức về miễn dịch để học sinh có khả năng vận dụng

trả lời các câu hỏi liên hệ

Ch¬ng III: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ

1 Khái niệm cơ bản về miễn dịch

Miễn dịch được chia thành 2 loại: miễn dịch không đặc hiệu và miễn dịch đặc hiệu.

1.2.1 Phân biệt Miễn dịch không đặc hiệu và Miễn dịch đặc hiệu

Các loại miễn

dịch

Điểm phân biệt

Miễn dịch không đặc hiệu Miễn dịch đặc hiệu

Nguồn gốc

hình thành

Tự nhiên, bẩm sinh Xảy ra khi có kháng nguyên xâm

nhập

Đặc điểm - Chống lại mọi vi sinh vật hoặc

vật lạ xâm nhập cơ thể, có hiệuquả như nhau đối với mọi mầmbệnh

- Không cần có sự tiếp xúc trướcvới kháng nguyên

- Không phụ thuộc vào bản chấtcủa kháng nguyên

- Có tính đặc hiệu cao đối với 1tác nhân gây bệnh riêng biệt

- Đòi hỏi phải có sự tiếp xúctrước đối với kháng nguyên

- Phụ thuộc vào bản chất củakháng nguyên

Thành phần

tham gia

- Hàng rào vật lý: da và niêmmạc ngăn chặn sự xâm nhập của visinh vật

- Hàng rào hóa học: pH thấptrong đường tiêu hóa, sinh dục,…

ngăn chặn sự sinh trưởng vi sinhvật, lizozim ức chế tổng hợp thành

tế bào vi khuẩn…

- Hàng rào vi sinh vật: vi sinh vậtđịnh cư mọi nơi trong cơ thể hìnhthành một khu hệ vi sinh vật bìnhthường, thân thiện với cơ thể

Chúng chiếm trước các vị trí, cạnhtranh thức ăn và tiết các chất tiêu

- Các tế bào limphô T và B cóchức năng nhận biết đặc hiệu các

vi sinh vật để đáp ứng miễn dịchtiếp thu

- Các limphô chứa hạt to trong tếbào chất, viết tắt là LGL cũng cókhả năng nhận biết các tế bào ungthư, các tế bào bị nhiễm virut vàphá hủy các tế bào này Tuy nhiêncác tế bào LGL khác với limphô Tđộc là chúng sử dụng hệ thốngnhận biết không đặc hiệu vì thếcác tế bào LGL còn được gọi làcác tế bào giết tự nhiên TNK

diệt vi sinh vật gây bệnh.

- Bổ thể: nhóm protein tronghuyết thanh khi được hoạt hóa cókhả năng phá hủy các tế bào visinh vật, các tế bào nhiễm viruthoặc tế bào ung thư và tăng cườnghiện tượng thực bào

- Thực bào: đại thực bào và bạchcầu trung tính trong máu nuốt vàtiêu hóa vi sinh vật

- Các tế bào thực bào đơn nhân:bắt giữ các vật thể lạ trong đó baogồm cả các tác nhân gây bệnh,nuốt, phá hủy chúng Các tế bàonày thường khu trú ở những nơi để

có thể dễ dàng đón bắt các vật thể

lạ Chẳng hạn các tế bào Kuffercủa gan, các tế bào của màng hoạtdịch định khu bao quanh khoang ổkhớp Trong máu có các tế bàomono có thể di chuyển về phía các

mô và trở thành đại thực bào của

mô (gọi là mô bào) Dạng thứ haicủa lớp tế bào thực bào là các tếbào đa nhân trung tính chiếm tỉ lệcao trong các bạch cầu của máu,chúng có thể di chuyển về phía mô

để đáp ứng với một số kích thích.Tuy nhiên các tế bào này có đờisống ngắn, dễ chết sau khi bắt giữ

và nuốt các vật thể lạ

- Dựa vào sự tham gia của tế bàolimphô, chia miễn dịch đặc hiệuthành 2 loại:

+ Miễn dịch thể dịch

+ Miễn dịch tế bào

- Dựa vào nguồn gốc hình thành,chia miễn dịch đặc hiệu thành 2loại:

+ Miễn dịch tự nhiên

+ Miễn dịch nhân tạo

1.2.2 Các loại miễn dịch đặc hiệu

- Dựa vào sự tham gia của tế bào limphô: chia miễn dịch đặc hiệu thành 2 loại

+ Miễn dịch thể dịch: là miễn dịch có sự tham gia của các kháng thể nằm trong dịch thể

của cơ thể do tế bào limphô B tiết ra, chúng được đưa vào tất cả các chất lỏng trong cơthể: máu, bạch huyết, dịch tủy sống, màng phổi, màng bụng, dịch khớp, dịch màng ối,…chúng có thể có trong các chất lỏng do cơ thể bài tiết ra như nước mắt, nước tiểu, dịchmũi, dịch tiêu hóa Kháng thể sẽ kết hợp với kháng nguyên để trung hòa chúng

+ Miễn dịch tế bào: là miễn dịch có sự tham gia của tế bào T, tiết ra protein độc làm tan

các tế bào bị nhiễm virut, kí sinh trùng, các tế bào ung thư, thải mảnh ghép

Hình 1: Cơ chế của Miễn dịch thể dịch và Miễn dịch tế bào

- Dựa vào nguồn gốc hình thành: chia miễn dịch đặc hiệu thành 2 loại

MIỄN DỊCH THU ĐƯỢC

Sau khi đưa vào cơ thể

kháng nguyên gây bệnh, cơ thể tạo kháng thể và các tế bào limphô

đã hoạt hóa để làm bất hoạt hoặcphá hủy tác nhân gây bệnh

qua nhau thai hoặcqua sữa non

tiêm chủng vacxin

kháng thể được sản xuất

từ động vật (kháng huyết thanh) hoặc sản xuất trongphòng thí nghiệm

Tồn tại thời gian dài hoặc ngắn tùy loại vacxin

Tồn tại thời gian ngắn(vài tuần đến vài tháng)

Ứng dụng Hầu hết những

người đã mắc bệnh VD: thủy đậu, quai bị, sởi,

… thì không mắcbệnh lại lần thứ hai

- Cho con bú sữa

mẹ đến 2 tuổi

- Sản xuất sữa non chứa protein kháng thể cho trẻ

em (VD: Mama sữa non, sữa non Smart,…)

Sản xuất vacxin

- Vacxin chỉ tiêm 1 mũi duynhất, VD:

vacxin phòng thủy đậu…

- Vacxin tiêm nhắc lại, VD:

vacxin phòng viêm gan B, bạch hầu,…

Tiêm nọc rắn, độc tố gây ngộ độc thịt hoặc virut dại

đã làm yếu để thu huyết thanh chứa kháng thể nhằm chữa các bệnh nói trên Loại miễn dịch này

có hiệu quả rất nhanh chóng

2 Kháng nguyên (Antigen)

2.1 Khái niệm:

- Kháng nguyên (viết tắt là Ag) là chất khi đưa vào cơ thể có khả năng gây đápứng miễn dịch Khả năng này phụ thuộc vào 3 điều kiện:

+ Chất lạ đối với cơ thể: chất càng lạ với cơ thể thì khả năng kích thích cơ thể tạokháng thể càng mạnh

+ Khối lượng phân tử lớn: khối lượng phân tử lớn hơn 10000 Da

+ Cấu trúc phân tử phức tạp: các chất có cấu trúc càng phức tạp thì tính sinh miễndịch càng cao

- Nguồn gốc kháng nguyên:

+ Kháng nguyên ngoại sinh

Kháng nguyên ngoại sinh là kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể từ bên ngoài, như

do hít, ăn, tiêm

+ Kháng nguyên nội sinh

Kháng nguyên nội sinh là các kháng nguyên được sản xuất bên trong tế bào, kếtquả của quá trình chuyển hoá tế bào bình thường, hoặc do nhiễm khuẩn nội bào haynhiễm virut

- Khi một kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể, các limphô có thể nhận biết đặchiệu bằng cách kết hợp với kháng nguyên nhờ thụ thể đặc hiệu Sự nhận biết này gây cảmứng sinh sản limphô B và biệt hóa quần thể tế bào này thành các tế bào plasma có khảnăng sản xuất kháng thể chống lại kháng nguyên xâm nhập (Miễn dịch thể dịch) Đápứng miễn dịch cũng có thể gây ra sự xuất hiện quần thể limphô T miễn dịch mang các thụthể đặc hiệu với kháng nguyên (Miễn dịch tế bào)

- Sự liên kết giữa kháng nguyên với kháng thể hay giữa kháng nguyên với tế bàolimphô luôn mang tính đặc hiệu cao Kháng thể hay tế bào limphô không phải liên kết vớitoàn bộ phân tử kháng nguyên mà chỉ với những phần nhất định của kháng nguyên, gọi làquyết định kháng nguyên hay epitop Kháng nguyên A chỉ có thể được nhận biết bởi mộtkháng thể anti-A hoặc chỉ có thể được nhận biết bởi một loại tế bào limphô có thụ thểliên kết đặc hiệu với kháng nguyên A Tuy nhiên, đôi khi có trường hợp phản ứng chéo

tức là một kháng thể có khả năng kết hợp với kháng nguyên khác với loại đã kích thích

sự sản xuất kháng thể đó Phản ứng có thể do hai kháng nguyên có một hoặc nhiều epitopgiống nhau hoặc một số epitop của chúng có thể gần giống nhau đủ để liên kết với cùngmột loại kháng thể

2.2 Tính kháng nguyên của các chất sinh trùng hợp

- Đặc tính kháng nguyên của một chất được xác định bằng sự có mặt hay vắngmặt của tính sinh miễn dịch

- Protein: hầu như tất cả protein dạng hình sợi hoặc hình cầu đều là những chấtsinh miễn dịch

- Polysaccarit: đặc tính kháng nguyên của nhiều loại glycoprotein trước hết đượcbiểu hiện bởi phần gốc đường của chúng VD: kháng nguyên của nhóm máu ABO

- Lipit: hiếm khi người ta nhận thấy sự biểu hiện tính kháng nguyên của lipit nếu

nó không kết hợp với polysaccarit và protein

- Axit nucleic: khó có thể nhận được sự đáp ứng miễn dịch chống lại các axitnucleic

- Các phân tử Ig được hình thành từ 4 chuỗi polipeptit gồm 2 chuỗi nặng (H) và 2chuỗi nhẹ (L) Trình tự axit amin giống nhau trong từng đôi chuỗi nặng và chuỗi nhẹ

Hình 2: Cấu trúc của kháng thể+ Vùng phía đầu –NH2: có trật tự axit amin luôn thay đổi ở các kháng thể khácnhau gọi là vùng biến đổi (V) Vùng biến đổi của chuỗi nhẹ và chuỗi nặng kết hợp vớinhau tạo thành vị trí kết hợp kháng nguyên (paratop).

+ Vùng phía đầu –COOH: có trật tự axit amin không thay đổi gọi là vùng cố định(C) Chuỗi nhẹ có 1 vùng C, còn chuỗi nặng có 3 vùng C

- Nhìn chung phân tử kháng thể được chia thành 2 phần: phần Fab là phần liên kếtvới kháng nguyên, phần Fc là phần dễ kết tinh phản ứng với các tế bào của hệ thống miễndịch qua các thụ thể của tế bào Do đó nếu kháng thể liên kết với kháng nguyên của vikhuẩn bằng phần Fab thì nó sẽ liên kết với các tế bào đại thực bào bằng phần Fc

- Kháng thể bao gồm 5 lớp là IgM, IgD, IgG, IgA, IgE và các dưới lớp: IgG1,IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2

- Các phân tử Ig tương đối bền nhiệt (ở 56oC trong 30 phút), ngoại trừ IgE kémbến nhiệt

3.2 Một số đặc tính cơ bản của các kháng thể ở người

Nồng độtrong huyếtthanh

Chức năng sinh học

mg/100mlIgG IgG1,

IgG2,

IgG3,

IgG4

150 -170 800 - 1700 nhận biết virut, vi khuẩn, độc tố Liên kết

với thụ thể Fc (các thụ thể có vai trò quantrọng đối với sự vận chuyển IgG qua màngnhau thai từ người mẹ đến thai nhi) bảo vệcon trong những tuần đầu đời sau khi sinhkhi hệ miễn dịch của trẻ chưa phát triển

IgA IgA1,

IgA2

160 320

-♂: 100 - 400

♀: 85 - 450

chống lại vi khuẩn, virut nhờ có mặt ởtuyến nhày

Tham gia vào opsonin hóa

IgD 175 <10 chủ yếu tìm thấy ở tế bào B, làm nhiệm vụ

thụ thể cho kháng nguyên

IgE 190 <0,03 tham gia phản ứng viêm dị ứng, quá mẫn

khi liên kết với tế bào mast

+ Sự liên kết giữa các kháng nguyên – kháng thể là một phản ứng phát nhiệt, giảiphóng ra năng lượng từ khoảng 2 – 40 Kcal/mol

- Tính đặc hiệu: một vị trí paratop của kháng thể chỉ kết hợp với một epitop củakháng nguyên Do đó nếu người ta biết được một trong hai yếu tố của phản ứng khángnguyên – kháng thể thì có thể nhận biết được yếu tố thứ hai Tuy nhiên đặc tính này chỉ làtương đối mà không tuyệt đối.

- Tính thuận nghịch: phức hệ Ag-Ig có thể bị phân li do nhiệt, do môi trường axithoặc do môi trường có lực ion cao

5 Các cơ quan và tế bào của hệ miễn dịch

Các cơ quan của hệ miễn dịch có thể được phân chia như sau:

5.1 Cơ quan nguồn

Các tế bào nguồn của tủy xương có thể sinh ra hàng loạt dòng tế bào khác nhaunhư dòng hồng cầu, dòng bạch cầu hạt, dòng mono và đại thực bào, dòng tế bào limphô

5.2 Cơ quan lympho trung tâm (cơ quan sơ cấp)

5.3 Cơ quan này xuất hiện sớm trong đời sống phôi thai Quá trình tăng sinh các tế bào

limphô ở những cơ quan sơ cấp độc lập với tất cả các kích thích kháng nguyên Cơ quannày cho phép các tế bào nguồn limphô ở giai đoạn đầu được biệt hóa và sinh sản

b Túi Fabricius và tủy xương

- Túi Fabricius: cơ quan limphô biểu mô nằm ở mặt sau lỗ huyệt của loài chimcho phép sự biệt hóa các limphô B